开源一个新雪花算法

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比雪花算法更好用的ID生成算法(单机或分布式唯一ID)

💎 算法介绍

一个全新的雪花漂移算法,生成的ID更短、速度更快。

核心在于缩短ID长度的同时,具有极高瞬时并发处理量(保守值 50W/0.1s)。

原生支持 C#/Java/Go/Rust/C 等语言,并由 Rust 提供 PHP、Python、Node.js、Ruby 等语言多线程安全调用库(FFI)。如果你的应用有语言开发,基于本算法提供的逻辑实现,集成会更简单,逻辑会更一致。

支持 k8s 等容器化部署,自动注册 WorkerId。

可在单机或分布式环境中生成唯一ID。

💎 技术支持

开源地址1:https://gitee.com/yitter/idgenerator

开源地址2:https://github.com/yitter/idgenerator

QQ群:646049993

需求来源

💧 作为架构设计的你,想要解决数据库主键唯一的问题,特别是在分布式系统多数据库的时候。

💧 你希望这个主键是用最少的存储空间,索引速度更快,Select、Insert 和 Update 更迅速。

💧 你要考虑在分库分表(合库合表)时,主键值可直接使用,并能反映业务时序。

💧 如果这样的主键值太长,超过前端 JS Number 类型最大值,须把 Long 型转换为 String 型,你会觉得有点沮丧。

💧 尽管 Guid 能自增,但占用空间大,索引速度慢,你也不想用它。

💧 应用实例可能超过50个,每个并发请求可达10W/s。

💧 在容器环境部署应用(水平扩展、自动伸缩)。

💧 不想依赖 redis 的自增操作。

💧 你希望系统运行 100 年以上。

传统算法问题

❌ 生成的ID太长。

❌ 瞬时并发量不够。

❌ 不能解决时间回拨问题。

❌ 不支持后补生成前序ID。

❌ 依赖外部存储系统。

新算法特点

整形数字,随时间单调递增(不一定连续),长度更短,用50年都不会超过 js Number类型最大值。(默认配置 WorkerId 是6bit,自增数是6bit)

速度更快,是传统雪花算法的2-5倍,0.1秒可生成50万个。(i7笔记本,默认算法配置6bit+6bit)

支持时间回拨处理。比如服务器时间回拨1秒,本算法能自动适应生成临界时间的唯一ID。

支持手工插入新ID。当业务需要在历史时间生成新ID时,用本算法的预留位能生成5000个每秒。

漂移时能外发通知事件。让调用方确切知道算法漂移记录,Log并发调用量。

不依赖任何外部缓存和数据库。(k8s环境下自动注册 WorkerId 的动态库依赖 redis)

基础功能,开箱即用,无需配置文件、数据库连接等。

性能数据

(参数:10位自增序列,1000次漂移最大值)

连续请求量 5K 5W 50W
传统雪花算法 0.0045s 0.053s 0.556s
雪花漂移算法 0.0015s 0.012s 0.113s

效果

🟣 js Number 类型最大数值:9007199254740992,本算法在保持并发性能(5W+/0.01s)和最大64个 WorkerId(6bit)的同时,能用70年才到 js Number Max 值。

🟣 增加WorkerId位数到8bit(256节点)时,15年达到 js Number Max 值。

🟣 极致性能:500W/s~3000W/s。(所有测试数据均基于8代低压i7计算。)

💎 生成的ID

默认配置:

WorkerIdBitLength = 6
SeqBitLength = 6

ID示例(基于默认配置):

129053495681099        (本算法运行1年)
387750301904971        (运行3年)
646093214093387        (运行5年)
1292658282840139       (运行10年)
9007199254740992       (js Number 最大值)
165399880288699493     (普通雪花算法生成的ID)

本算法生成的 ID 值,是 js Number 最大值的 1%-10%,是普通雪花算法值的千分之一,而计算能力却超过普通雪花算法。

适用范围

🔷小型、中型、大型需要全局唯一Id(不用Guid)的项目。

🔷 分布式项目。

🔷不想将 Long 型转 String 给前端用的项目。(若前端支持bigint,则可不转类型)

如何处理时间回拨

🔶 当发生系统时间回拨时,算法采用过去时序的预留序数生成新的ID。

🔶 默认每秒生成100个(速度可调整)。

🔶 回拨生成的ID序号,默认靠前,也可以调整为靠后。

🔶 允许时间回拨至本算法预设基数(参数可调)。

能用多久

🔵 在默认配置下,ID可用 71000 年不重复。

🔵 在支持 1024 个工作节点时,ID可用 4480 年不重复。

🔵 在支持 4096 个工作节点时,ID可用 1120 年不重复。

🔵 以上所有工作节点,均拥有 50W/0.1s 瞬时处理速度。

默认配置

💍 WorkerIdBitLength=6,能支持64个 WorkerId,编号0~63。

💍 可通过减少 WorkerIdBitLength 到1~4(为4时最大支持WorkerId为2^4=16个),以减少Id长度。

💍 SeqBitLength=6,能支持每秒并发5W请求时,平均处理速度不超过 0.005 s。(不同语言略有差别,最高性能不超过0.002s,平均不超过0.005s)

💍 可通过增加 SeqBitLength,支持更高的每秒并发数。默认配置能很高效地支持每秒 5W 并发请求,若要求更高,可适当增加 SeqBitLength 到 8~16,但这将增加Id长度。

集成建议

💎 常规集成

1️⃣ 用单例模式调用。外部集成方使用更多的实例并行调用本算法,不会增加ID产出效能,因为本算法采用单线程模式生成ID。

2️⃣ 指定唯一的 WorkerId。必须由外部系统确保 WorkerId 的全局唯一性,并赋值给本算法入口方法。

3️⃣ 单机多实例部署时使用不同 WorkerId。并非所有实现都支持跨进程的并发唯一,保险起见,在同一主机上部署多应用实例时,请确保各 WorkerId 唯一。

4️⃣ 异常处理。算法会抛出所有 Exception,外部系统应 catch 异常并做好应对处理,以免引发更大的系统崩溃。

5️⃣ 认真理解 IdGeneratorOptions 的定义,这对集成和使用本算法有帮助。

6️⃣ 使用雪花漂移算法。虽然代码里包含了传统雪花算法的定义,并且你可以在入口处指定(Method=2)来启用传统算法,但仍建议你使用雪花漂移算法(Method=1,默认的),毕竟它具有更好的伸缩力和更高的性能。

7️⃣ 不要修改核心算法。本算法内部参数较多,逻辑较为复杂,在你尚未掌握核心逻辑时,请勿尝试修改核心代码且用于生产环境,除非通过大量细致、科学的测试验证。

💎 自动注册WorkerId

🔍 唯一ID生成器,依赖WorkerId,当业务服务需要水平自动化复制时,就要求它能自动化注册全局唯一WorkerId,然后各个容器化的无差别部署的业务服务,才能根据它生产唯一ID。

🔍 本算法提供一个开源的动态库(go语言实现),能在容器 k8s(或其它容器化集群) 环境下,通过 redis 自动注册 WorkerId。动态库提供的C接口方法有:


// 注册一个新的WorkerId
extern __declspec(dllexport) GoInt RegisterWorkerId(char* ip, GoInt port, char* password, GoInt maxWorkerId);

// 注销WorkerId
extern __declspec(dllexport) void UnRegisterWorkerId();

// 检查本地WorkerId是否有效
extern __declspec(dllexport) GoUint8 ValidateLocalWorkerId(GoInt workerId);

redis作用

🔎 只用于注册 WorkerId ,不用于生产 ID。

🔎 如果手工指定 WorkerId,即可不依赖 redis。

其它分布式集成

🟢1.可增加 WorkerIdBitLength 到最大20,支持 1,048,576 个节点,且不影响上述并发性能。[算法支持]

🟢2.采用中心化 IdGenerator 集群,生成可用 Id 列表,存入 Redis 队列供节点消费。此时64个中心化节点数足够大型互联网项目使用。[需集成方扩展实现]

🟢3.以上2条二选一即可,采用方法2一般是因为不想增加最终 ID 长度,但节点数超过64个。

🟢4.任何加大 WorkerIdBitLength 或 SeqBitLength 的设置,都可能会增加 ID 的长度。

💎 配置变更

配置变更指是系统运行一段时间后,再变更运行参数(IdGeneratorOptions选项值),请注意:

🔴 1.最重要的一条原则是:BaseTime 只能往前(比老值更小、距离现在更远)赋值,原因是往后赋值极大可能产生相同的时间戳。[不推荐在系统运行之后调整 BaseTime]

🔴 2.任何时候增加 WorkerIdBitLength 或 SeqBitLength,都是可以的,但是慎用 “减小”的操作,因为这可能导致在未来某天生成的 ID 与过去老配置时相同。[允许在系统运行之后增加任何一个 BitLength 值]

🔴 3.如果必须减小 WorkerIdBitLength 或 SeqBitLength 其中的一项,一定要满足一个条件:新的两个 BitLength 之和要大于 老的值之和。[不推荐在运行之后缩小任何一个 BitLength 值]

🔴 4.上述3条规则,并未在本算法内做逻辑控制,集成方应根据上述规则做好影响评估,确认无误后,再实施配置变更。

💎💎 代码示例

🌲🏳️‍🌈 C#:查看示例

🌲🏳️‍🌈 Java:查看示例

🌲🏳️‍🌈 Go:查看示例

🌲🏳️‍🌈 Rust:查看示例

🌲🏳️‍🌈 C:查看示例

posted @ 2021-03-11 19:28  yitter  阅读(6941)  评论(34编辑  收藏  举报